[發(fā)明專(zhuān)利]漫反射式多用途多變量耦合原位光學(xué)吸收測(cè)試裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110762163.3
• 申請(qǐng)日: 2021-07-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113607663A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉保順;武志洲;李劉陽(yáng);宮夢(mèng)濤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/31
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/31;G01N21/47
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專(zhuān)利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅

本發(fā)明公開(kāi)了一種漫反射式多用途多變量耦合原位光學(xué)吸收測(cè)試裝置，包括原位漫反射光學(xué)吸收池，以及與之配合的氣氛系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、激發(fā)光源和光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)；其中原位漫反射光學(xué)吸收池包括漫反射光學(xué)積分球和特制樣品池，該特制樣品池通過(guò)夾具固定在漫反射光學(xué)積分球的0°開(kāi)口上；激發(fā)光源發(fā)出的激光和光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的探測(cè)光通過(guò)分光鏡后從漫反射光學(xué)積分球180°開(kāi)口垂直入射到樣品表面；光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的光探測(cè)器固定在漫反射光學(xué)積分球的90°開(kāi)口上，并外接功率計(jì)收集信號(hào)。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)溫度、光照(強(qiáng)度和波長(zhǎng))和氣氛的多變量耦合測(cè)試。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光譜學(xué)和材料物性測(cè)試領(lǐng)域，尤其涉及漫反射式多用途多變量耦合原位光學(xué)吸收測(cè)試裝置及方法，可以用于光誘導(dǎo)物理和化學(xué)性質(zhì)的測(cè)定和材料弛豫動(dòng)力學(xué)機(jī)制的研究。

背景技術(shù)

光激發(fā)材料產(chǎn)生的電子躍遷會(huì)產(chǎn)生許多物理和化學(xué)效應(yīng)，如熒光、磷光、光致吸收、光致漂白和光致化學(xué)反應(yīng)等。這些現(xiàn)象的產(chǎn)生同光激發(fā)電子所引起材料物理和化學(xué)熱力學(xué)狀態(tài)的變化有關(guān)。通過(guò)測(cè)定光激發(fā)電子狀態(tài)及其演變規(guī)律是研究上述物理和化學(xué)效應(yīng)的重要方法。

處于熱力學(xué)基態(tài)的電子會(huì)被光激發(fā)到材料的激發(fā)態(tài)能級(jí)上，同時(shí)也會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生空穴，處于這些能級(jí)上的載流子會(huì)產(chǎn)生不同于熱力學(xué)基態(tài)載流子吸收特征，會(huì)在不同波段上產(chǎn)生具有指紋特征的吸收。不同能量的光生載流子會(huì)對(duì)材料的物理和化學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生不同作用。通過(guò)實(shí)時(shí)原位地監(jiān)控光學(xué)吸收可以幫助人們了解材料光生載流子的物理化學(xué)狀態(tài)，研究它們的弛豫動(dòng)力學(xué)特征，有助于揭示材料被光激發(fā)所產(chǎn)生的物理和化學(xué)效應(yīng)的相關(guān)機(jī)制。

人們?cè)诓煌瑫r(shí)域內(nèi)發(fā)明了不同的實(shí)驗(yàn)裝置去測(cè)試材料光誘導(dǎo)光學(xué)吸收。這些實(shí)驗(yàn)裝置大多為透過(guò)式測(cè)試裝置。透過(guò)式測(cè)試需要樣品在待測(cè)波段具有較好透過(guò)率，這無(wú)法應(yīng)用于難以制備為透明狀的粉末樣品。雖然一些粉末樣品通過(guò)涂敷和后處理等可獲得具有一定透光度的樣品，但是粉末材料性狀會(huì)發(fā)生改變，這大大限制了透射式測(cè)試方法的應(yīng)用范圍。光誘導(dǎo)載流子化學(xué)狀態(tài)及其動(dòng)力學(xué)弛豫過(guò)程同氣氛、光照和溫度等許多變量都有關(guān)系，現(xiàn)有大多數(shù)測(cè)試裝置都不能實(shí)現(xiàn)這些變量的高精度集成。所報(bào)道的原位光學(xué)測(cè)試裝置一般都采用較為昂貴的脈沖激光器，有專(zhuān)門(mén)的光學(xué)測(cè)試裝置，對(duì)樣品制備要求高，占地面積大，價(jià)格較高，不能對(duì)穩(wěn)態(tài)光照條件下的光學(xué)吸收進(jìn)行測(cè)試。由于有激光脈沖時(shí)間間隔限制，難以對(duì)一些光誘導(dǎo)物理化學(xué)變化的慢動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行研究。

綜上所述，迫切需要一種性?xún)r(jià)比高、使用方便、適用性廣的具有多變量耦合功能原位光誘導(dǎo)光學(xué)吸收的漫反射測(cè)試方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要目的在于提供一種漫反射式的多用途多變量耦合原位光學(xué)吸收測(cè)試裝置和方法，適用于研究材料光激發(fā)導(dǎo)致的光學(xué)吸收及其演變，是一種研究相關(guān)物理化學(xué)效應(yīng)的有力工具。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

提供一種漫反射式多用途多變量耦合原位光學(xué)吸收測(cè)試裝置，其特征在于，包括原位漫反射光學(xué)吸收池，以及與之配合的氣氛系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、激發(fā)光源和光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)；

其中原位漫反射光學(xué)吸收池包括漫反射光學(xué)積分球和特制樣品池，該特制樣品池通過(guò)夾具固定在漫反射光學(xué)積分球的0°開(kāi)口上；激發(fā)光源發(fā)出的激光和光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的探測(cè)光通過(guò)分光鏡后從漫反射光學(xué)積分球180°開(kāi)口垂直入射到樣品表面；

光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的光探測(cè)器固定在漫反射光學(xué)積分球的90°開(kāi)口上，并外接功率計(jì)收集信號(hào)。

接上述技術(shù)方案，該特制樣品池包括隔熱底座、樣品池和高透光蓋帽，樣品臺(tái)固定隔熱底座上，樣品池和高透光蓋帽緊密連接形成密封腔體；樣品池上刻有底面為8°傾斜的圓形樣品槽，樣品槽內(nèi)設(shè)有加熱裝置和熱電偶；樣品池上設(shè)有氣氛接口，與氣氛系統(tǒng)連接。

接上述技術(shù)方案，隔熱底座上設(shè)有溫控接口，連接樣品臺(tái)和溫控系統(tǒng)。

接上述技術(shù)方案，氣氛系統(tǒng)包括不同氣源和流量控制器，通過(guò)管道與樣品池上的氣氛接口相連。